劉斯

【摘 要】本文著重對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討和分析。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問(wèn)題

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，城市人口顯著增多，高層建筑在城市建設(shè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。即使在建筑設(shè)計(jì)理念和方法日益先進(jìn)的今天，仍會(huì)因?yàn)楦邔咏ㄖ?fù)雜的結(jié)構(gòu)，較廣的學(xué)術(shù)知識(shí)涉及和較大的工程量而出現(xiàn)設(shè)計(jì)失誤的現(xiàn)象。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義有：首先，如果建筑所使用的面積一定，設(shè)計(jì)和建造高層建筑可以獲得相對(duì)多一些的使用面積，可以解決城市用地緊張、房?jī)r(jià)高漲等問(wèn)題。另一方面，精美的高層建筑設(shè)計(jì)還可以改善城市的外觀，或者說(shuō)成為城市的一道風(fēng)景。而如果設(shè)計(jì)的建筑高層密度、結(jié)構(gòu)不合理，就會(huì)給城市帶來(lái)熱島效應(yīng)，影響城市居民的生活環(huán)境，甚至由于高層的玻璃因反光而發(fā)生光污染的現(xiàn)象。其次，如果是在建筑面積與建設(shè)場(chǎng)地面積的比值一定，那么建造高層建筑就會(huì)有效地節(jié)約城市土地面積，得到更多的空閑地面，用這些空閑出來(lái)的地面來(lái)進(jìn)行城市綠化或者供人們休息娛樂(lè)。與此同時(shí)，建筑高層的土地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)為城市帶來(lái)更充足的日照、更良好的采光和通風(fēng)效果。

1.高層建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則

1.1計(jì)算簡(jiǎn)圖選擇要適當(dāng)

在高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先就要選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖。計(jì)算簡(jiǎn)圖是進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)，簡(jiǎn)圖選擇得當(dāng)是保證高層建筑結(jié)構(gòu)安全的重要依據(jù)。在選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，要從高層建筑的具體實(shí)際出發(fā)，要保證結(jié)構(gòu)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的誤差控制在一定范圍內(nèi)，充分保證建筑計(jì)算簡(jiǎn)圖的有效性。如果建筑計(jì)算簡(jiǎn)圖選擇不當(dāng)，將直接影響建筑的安全性，帶來(lái)嚴(yán)重的后果。

1.2基礎(chǔ)方案選擇要得當(dāng)

基礎(chǔ)方案的選擇直接關(guān)系到高層建筑的穩(wěn)定性，因此在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮高層建筑的周圍環(huán)境，要對(duì)建筑地質(zhì)條件和上部結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行對(duì)比分析，從而確定主體結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)載荷的關(guān)系，保證高層建筑設(shè)計(jì)主體的平穩(wěn)性。針對(duì)基礎(chǔ)方案的選擇，要盡可能選擇地基潛能較大的設(shè)計(jì)方案，這是為了保證高層建筑地基的穩(wěn)固，防止由于基礎(chǔ)不穩(wěn)導(dǎo)致高層建筑的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.3結(jié)構(gòu)方案選擇要合理

高層建筑結(jié)構(gòu)方案選擇要充分保證結(jié)構(gòu)的安全性能，要保證整個(gè)結(jié)構(gòu)體系可以承受外力的影響作用。針對(duì)結(jié)構(gòu)方案的選擇要保證同一結(jié)構(gòu)單元采用相同的結(jié)構(gòu)體系，除ITS，2_外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要與材料的應(yīng)用相協(xié)調(diào)，從而最大限度保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用效果，保證高層建筑建設(shè)的安全性。

1.4計(jì)算結(jié)果分析要正確

在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，大多應(yīng)用現(xiàn)代化的計(jì)算軟件和設(shè)計(jì)工具，然而，不同的計(jì)算機(jī)軟件有不同的計(jì)算結(jié)果，這是由于現(xiàn)代化工具自身的局限性造成的。因此，在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，要客觀、正確的分析計(jì)算結(jié)果，從而保證計(jì)算結(jié)果的有效性，要結(jié)合工程建設(shè)的具體實(shí)際進(jìn)行全方面的分析，并作出正確判斷，以保證高層建筑設(shè)計(jì)的水平。

2.高層建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

2.1結(jié)構(gòu)延性

高層建筑不同于普通建筑，高層建筑柔性更好，當(dāng)它受到外界環(huán)境影響時(shí)，更容易產(chǎn)生變形的現(xiàn)象。因此，在高層建筑的設(shè)計(jì)中就要充分考慮高層建筑的延性問(wèn)題，把建筑結(jié)構(gòu)延性作為重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證在高層建筑進(jìn)入塑性變形階段后變形能力仍然良好，以防止樓層的坍塌，保證建筑的安全性和穩(wěn)定性。

2.2水平載荷

高層建筑不同于普通建筑，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要充分考慮水平載荷和豎向載荷的影響。水平載荷的考慮是為了使高層建筑在遭遇側(cè)向力時(shí)能夠保持建筑的平衡性和穩(wěn)定性，因此，水平載荷的作用不容忽視。通常來(lái)說(shuō)，豎向載荷是一個(gè)定值，而水平載荷會(huì)隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而浮動(dòng)變化。

2.3軸向變形

建筑結(jié)構(gòu)在外力作用下會(huì)產(chǎn)生位移，包括軸向變形、剪切變形和彎曲現(xiàn)象 高層建筑與普通建筑不同， 其建筑軸力相對(duì)較大，因此軸向變形就會(huì)更加顯著，而軸向變形會(huì)影響到建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中軸向變形不容忽視。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

相較于其他建筑結(jié)構(gòu)，高層建筑結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且計(jì)算工作量也較大，同時(shí)結(jié)構(gòu)體系的選擇會(huì)直接影響到高層建筑工程的各個(gè)環(huán)節(jié)，其中包括：平面布置、樓層高度、施工技術(shù)以及工程造價(jià)等。所以在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要注意以下幾個(gè)方面：

3.1嚴(yán)格控制側(cè)移指標(biāo)

高層建筑與其其他建筑的不同最直接的表現(xiàn)是樓層多，這也是決定高層建筑結(jié)構(gòu)的根本因素。比如在建筑形式、結(jié)構(gòu)體系以及建筑材料等方面的發(fā)展，這也就要求設(shè)計(jì)師們?cè)谶M(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，還要注重結(jié)構(gòu)的抗推剛度，以保證水平荷載所產(chǎn)生的側(cè)移在一定范圍內(nèi)，不然會(huì)發(fā)生一些嚴(yán)峻情況，如會(huì)對(duì)住戶的心理造成恐慌；造成建筑的主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件損壞；側(cè)移產(chǎn)生的較大的附加內(nèi)力會(huì)造成建筑物倒塌；造成墻體損壞，影響電路運(yùn)行等。

3.2減輕建筑自重

由于高層建筑有著更多的樓層，所以其建筑自重也較大。同樣的樁基承載力或者地基承載力能夠承受的建筑自重一樣時(shí)，當(dāng)兩棟建筑物的層數(shù)一樣，那么建筑自重較小的建筑就可以再添加幾層樓層，這對(duì)高層建筑來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)很好提高經(jīng)濟(jì)效益的人手點(diǎn)。當(dāng)然，這只是針對(duì)地基較為結(jié)實(shí)和土層較硬的情況來(lái)說(shuō)的。另外，減輕建筑自重還可以提高建筑的抗震性能，如當(dāng)建筑自重很大時(shí)，其重心也較高，那么地震所產(chǎn)生的地震剪力大對(duì)建筑物的損壞力度就會(huì)變大。

3.3綜合把握概念設(shè)計(jì)與計(jì)算設(shè)計(jì)

建筑的抗震設(shè)計(jì)包括概念設(shè)計(jì)和計(jì)算設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。計(jì)算設(shè)計(jì)的前提是要有一定的假設(shè)條件，由于地震的不確定因素較多，即使計(jì)算設(shè)計(jì)的分析手法和原則在不斷改善，但假設(shè)終究還是不能完全代表現(xiàn)實(shí)，所以計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況存在較大的出入是極有可能的事。特別是在建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)歷過(guò)彈塑性階段以后，常規(guī)的計(jì)算原理已經(jīng)不適用了。因此，除了計(jì)算設(shè)計(jì)，還要把握好概念設(shè)計(jì)，將兩者有效地結(jié)合在一起使用，盡可能地模擬出真實(shí)的地震影響。

3.4注重水平力在設(shè)計(jì)中的影響

與低層建筑不同，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)起到?jīng)Q定性影響的水平荷載，但這并不是說(shuō)豎向荷載對(duì)于高層建筑就不重要，只是其重要性相較于水平荷載來(lái)說(shuō)較弱一些。原因是建筑的豎向荷載對(duì)豎向構(gòu)件所產(chǎn)生的彎矩和軸力的數(shù)值與建筑高度的一次方成正比例關(guān)系；水平荷載對(duì)建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的傾覆力矩和軸力的數(shù)值與建筑高度的二次方成正比例關(guān)系。另外，對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，豎向荷載一般是建筑自重，而水平荷載涉及到地震作用和風(fēng)作用，其數(shù)值變化幅度較大，不易控制。

3.5加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)一直是一個(gè)關(guān)注點(diǎn)，抗震設(shè)計(jì)的水平直接與建筑的安全性能和經(jīng)濟(jì)性能掛鉤。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)中，有兩大因素是應(yīng)重點(diǎn)考慮的，分別是豎向荷載和風(fēng)荷載，好的抗震性能的標(biāo)準(zhǔn)是“小震不壞，大震不倒”。

3.6緊抓軸向變形問(wèn)題

框架剪力墻體系和框架體系的特點(diǎn)是：框架中柱的軸壓應(yīng)力通常比邊柱的軸壓應(yīng)力大很多，同時(shí)在軸向壓縮變形這一方面上也是如此。如果建筑的高度達(dá)到一定高度時(shí)，框架中柱與邊柱在軸向變形上的差距就會(huì)達(dá)到一個(gè)很大的數(shù)值，導(dǎo)致連續(xù)梁中間支座沉陷，發(fā)生劇烈的變形，最終使建筑物發(fā)生倒塌。

4.結(jié)束語(yǔ)

高層建筑設(shè)計(jì)與施工是一個(gè)系統(tǒng)工程特別是設(shè)計(jì)階段的工作尤其要引起重視。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還有其他的重點(diǎn)問(wèn)題，比如扭轉(zhuǎn)的問(wèn)題，要求幾何中心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心合為一；此外還要注意抗風(fēng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，保護(hù)建筑的支撐結(jié)構(gòu)和裝飾結(jié)構(gòu)等；抗震結(jié)構(gòu)也是建筑高層設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，這需要設(shè)計(jì)人員有靈活性。最后，設(shè)計(jì)人員要注意消防設(shè)計(jì)，盡量減少高層失火對(duì)人們的傷害。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]王永，胡凌燕.淺析工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中華民居，2013，02.